Проектирование сенсора механической величины, страница 5

,                                                                                   (4)

где D₃ и t₃ - коэффициент диффузии и время процесса загонки; N₀₃-концентрация примеси, поддерживаемая на поверхности пластины в течение процесса загонки.

Из начальных условий нам известна N_В – концентрация примеси в исходной пластине полупроводника, зададим температуру загонки примеси Т₁ = 1050°С, при этой температуре величину N₀₁ – предельная растворимость фосфора в кремнии составляет 1·10²¹см^-3. Определим D₁-коэффициент диффузии примеси для температуры Т₁ он равен 6·10^-13 см²/с.

Далее зададим температуру проведения разгонки примеси Т₂=1150°С и аналогично, как и для процесса загонки определим параметры разгонки примеси: N₀₂=2·10²¹ см^-3, D₂=5·10^-12 см²/с.

, где х_j – глубина залегания примеси (уже определенная нами величина). Отсюда можно найти t₂ – время проведения разгонки примеси.

t=44 секунды.

t=1137 секунд.

6. Вторичное окисление.

При вторичном окислении на поверхности образуется тонкий слой двуокиси кремния, который предохраняет тензорезисторы от воздействия окружающей среды.

Затем проводится повторная фотолитография и вскрытие окон под контакты.

 

7. Металлизация.

На пластину напыляют пленку алюминия толщиной 0,1…0,2 мкм. С помощью еще одной фотолитографии формируют металлическую разводку, объединяющую отдельные тензорезисторы в мостовую схему.

 

8. Пассивация.

На поверхность пластины наносят еще один защитный слой, в котором методом фотолитографии вскрываются окна к контактным площадкам сенсора.

9. Профилирование.

На не планарной стороне, кремниевой пластины, противоположной той, где создана электрическая схема, с помощью фотолитографии вскрывается окно в  для анизотропного травления кремния. Далее проводят анизотропное травление, например в КОН.

Скорость травления  -

Скорость травления  -

Исходная толщина пластины составляет h_исх= 250мкм, толщина упругого элемента h_уэ=40мкм.

Найдем время травления кремния:

.

Теперь рассчитаем толщину защитной маски:

.

В процессе профилирования формируется упругий элемент необходимой толщины.

10. Скрайбирование пластин и разделение пластин на отдельные кристаллы (чипы).

11. Электростатическое присоединение кремниевого кристалла к переходной компенсирующей пластине из стекла Pirex-7740.

12. Кристалл вместе с переходной пластиной с помощью легкоплавкого стекла присоединяют к корпусу сенсора.

13. Защитное покрытие планарной стороны кристалла тензопреобразователя. Покрытие из эластичного органического материала защищает электрическую схему сенсора от воздействий внешней среды.

5. Расчет преобразовательной характеристики сенсора

На рис. 14 представлена схема включения тензорезистивного моста.

Рис. 14. Схема включения тензорезистивного моста.

,                                       (7.1)

где     ,

,

,

,

При напряжении питания 5 В и при номинальном давлении в P=1 атм получаем U_вых= 0,207 В.

На рис. 15 представлена зависимость выходного напряжения от давления, приложенного к упругому элементу.

Рис. 15. Преобразовательная характеристика сенсора.

6. Список литературы

1.  Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: - М. В.Ш., 1986.

2.  Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. – М. «Энергоатомиздат», 1983

3.  Черняев В.М. Физико-химические процессы в технологии РЭА. – М. В.Ш., 1987.

4.  Конструирование и технология микросхем. Под ред. Коледова Л.А.-Учебное пособие. М. В.Ш., 1984.